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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugmodell und ein System zur aerodynamischen Außenhautauslegung eines Kraftfahrzeugs in einem Windkanal. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur aerodynamischen Außenhautauslegung eines Kraftfahrzeugs in einem Windkanal.
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Im Entwicklungsprozess eines Kraftfahrzeugs ist es erforderlich, die Außenhaut des Kraftfahrzeugs aerodynamisch optimal auszulegen. Dies erfolgt in einem frühen Entwicklungsprozess des Kraftfahrzeugs in einem Windkanal, und zwar dadurch, dass an einem Fahrzeugmodell des zu entwickelnden Kraftfahrzeugs im Windkanal aerodynamische Messungen ausgeführt und die aerodynamischen Messungen bewertet werden, um letztendlich die Außenhaut des Kraftfahrzeugs optimal auszulegen.
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Zur aerodynamischen Außenhautauslegung oder aerodynamischen Außenhautoptimierung im Windkanal kommen bislang sogenannte Clay-Maßstabsmodelle des Kraftfahrzeugs zum Einsatz. Dann, wenn zur Außenhautauslegung des Kraftfahrzeugs die Kontur des Fahrzeugmodells geändert werden sollen, sind zeitaufwendige, manuelle Änderungen am Clay-Maßstabsmodell erforderlich. Die Änderungen am Clay-Maßstabsmodell erfolgen dabei innerhalb des Windkanals. Hierdurch werden hohe Windkanalkosten verursacht, da auch die Änderungen am Clay-Maßstabsmodelle im Windkanal erfolgen.
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Manuelle Änderungen an einem Clay-Maßstabsmodell sind dabei nicht nur zeitaufwendig sondern auch ungenau. Weiterhin ist es aufwendig, an einem Clay-Maßstabsmodell die durch die Änderung des Clay-Modells veränderte Außenform zu erfassen. Wird ein Clay-Maßstabsmodell im Windkanal von Hand geändert, so muss nachfolgend dessen Außenkontur mithilfe von dreidimensionalen Scans aufwendig ermittelt werden.
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Aus der
DE 10 2014 116 841 A1 sowie aus der
DE 10 2015 101 228 A1 ist jeweils ein Fahrzeugmodell zur Außenhautauslegung eines Kraftfahrzeugs in einem Windkanal bekannt, das über ein Basismodul mit einer statischen Form und über mindestens ein Ergänzungsmodul mit einer dynamischen Form verfügt, wobei das Ergänzungsmodul mit der dynamischen Form als Konturvariationsvorrichtung bezeichnet wird. Die Konturvariationsvorrichtung für die Variation der aerodynamisch wirksamen Außenkontur des Fahrzeugmodells weist dabei zumindest zwei voneinander separat mit Fluid aufpumpbare Fluidkammern auf. Hiermit kann zwar in gewissem Umfang der Aufwand an der Änderung eines Fahrzeugmodells zur Außenhautoptimierung reduziert werden, die über das Aufpumpen der Fluidkammern der Konturvariationsvorrichtung eingestellte Kontur muss jedoch nach wie vor aufwendig mithilfe dreidimensionaler Scans ermittelt werden. Ferner kann mit einer solchen Konturvariationsvorrichtung die Außenkontur des Fahrzeugmodells nur in beschränktem Umfang angepasst werden.
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Aus der
EP 1 376 412 B1 ist ein Verfahren zum iterativen Optimieren des Designs einer Oberflächenstruktur bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Hardware-Aufbau genutzt, der eine Vielzahl von Aktuatoren umfasst, auf welchen eine flexible Oberfläche angeordnet ist. Die Aktuatoren sind ansteuerbar, um die Form der zu optimierenden Oberflächenstruktur anzupassen. Dann, wenn die zu optimierende Oberfläche auf Aktuatoren angeordnet ist, ist nur eine relativ grobe Änderung der Oberflächenstruktur möglich, da derartige Aktuatoren relativ viel Bauraum benötigen, wodurch ein relativ großer Abstand zwischen den Aktuatoren bedingt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Fahrzeugmodell, System und Verfahren zur aerodynamischen Außenhautauslegung eines Kraftfahrzeugs in einem Windkanal zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeugmodell zur aerodynamischen Außenhautauslegung eines Kraftfahrzeugs in einem Windkanal gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeugmodell umfasst ein Basismodul, das eine für Varianten des hinsichtlich seiner Außenhaut auszulegenden Kraftfahrzeugs eine für die Varianten des Kraftfahrzeugs unveränderliche oder statische Form aufweist.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeugmodell umfasst weiterhin mindestens ein Ergänzungsmodul für das Basismodul, das eine für die Varianten des hinsichtlich seiner Außenhaut auszulegenden Kraftfahrzeugs eine für die Varianten des Kraftfahrzeugs veränderliche oder dynamische Form aufweist.
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Das jeweilige Ergänzungsmodul des erfindungsgemäßen Fahrzeugmodells weist eine Vielzahl von Haltelementen auf, auf welchen eine flexible Außenhaut gespannt ist.
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Zur Veränderung der Form der flexiblen Außenhaut des jeweiligen Ergänzungsmoduls des erfindungsgemäßen Fahrzeugmodells sind die Haltelemente über mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator und mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator derart verlagerbar, dass die flexible Außenhaut über den mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator einwölbbar und über den mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator auswölbbar ist.
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Beim erfindungsgemäßen Fahrzeugmodell kann im Bereich des jeweiligen Ergänzungsmoduls die Kontur des Fahrzeugmodells für die Varianten des Kraftfahrzeugs mit geringem Aufwand innerhalb kurzer Zeit innerhalb eines Windkanals mit hohem Detaillierungsgrad angepasst werden.
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Dadurch, dass die flexible Außenhaut nicht auf Aktuatoren, sondern vielmehr lediglich auf Halteelementen angeordnet sind, die weniger Bauraum benötigen als Aktuatoren, kann die flexible Außenhaut mit einem hohen Detaillierungsgrad in ihrer Form geändert werden.
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Darüber hinaus kann dies vollautomatisiert durchgeführt werden. Auf aufwendige dreidimensionale Scans zur Ermittlung der eingestellten Kontur kann verzichtet werden. Das erfindungsgemäße Fahrzeugmodell erlaubt eine hocheffiziente und hochwirtschaftliche optimale aerodynamische Auslegung eines Kraftfahrzeugs.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Haltelemente über den mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator unter Einwölbung der flexiblen Außenhaut einfahrbar oder stärker einfahrbar. Die Haltelemente sind über den mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator unter Auswölbung der flexiblen Außenhaut ausfahrbar oder stärker ausfahrbar. Dies ist besonders bevorzugt, um die Außenhaut mit hohem Detaillierungsgrad hinsichtlich ihrer Kontur anzupassen. Eine Einwölbung der flexiblen Außenhaut erfolgt über den mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator. Die Auswölbung derselben erfolgt über den mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wirken die Haltelemente mit einer Arretierung derart zusammen, dass die Arretierung die Haltelemente in ihrer jeweiligen Position hält, vorzugsweise derart, dass die Haltelemente über den mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator und den mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator entgegen einer Arretierungskraft der Arretierung aus ihrer jeweiligen Position heraus verlagerbar sind. Über die Arretierung kann gewährleistet werden, dass während der Durchführung von Messungen im Windkanal die Halteelemente und damit die auf den Halteelementen angeordnete flexible Außenhaut ihre Form behält.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der mindestens eine ergänzungsmodul-interne Aktuator ein druckmittelbetätigter Aktuator. Dies ist bevorzugt, um bei kompakter Bauform einen hohen Detaillierungsgrad bei der Außenhautauslegung zu ermöglichen und die Außenhaut im Bedarfsfall geeignet auszuwölben.
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Das erfindungsgemäße System zur aerodynamischen Außenhautauslegung eines Kraftfahrzeugs in einem Windkanal ist in Anspruch 7 definiert. Das erfindungsgemäße System umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrzeugmodell, mindestens einem ergänzungsmodul-externen Aktuator, mit Hilfe dessen die flexible Außenhaut des jeweiligen Ergänzungsmoduls des Fahrzeugmodells einwölbbar ist, und eine Steuerungseinrichtung, die automatisch den mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator und den mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator ansteuert und automatisch die Form des jeweiligen Ergänzungsmoduls verändert und protokolliert.
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Das erfindungsgemäße System erlaubt im Bereich des jeweiligen Ergänzungsmoduls eine vollautomatische Änderung der Kontur des Fahrzeugmodells für die Varianten des Kraftfahrzeugs, und zwar unter automatischer Protokollierung der am jeweiligen Ergänzungsmodul eingestellten Form bzw. Kontur. Auf aufwendige dreidimensionale Scans sowie manuelle Änderungen an einem Clay-Maßstabsmodell kann verzichtet werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur aerodynamischen Außenhautauslegung eines Kraftfahrzeugs in einem Windkanal ist in Anspruch 9 definiert.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 eine stak schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur aerodynamischen Außenhautauslegung eines Kraftfahrzeugs in einem Windkanal; und
- 2 ein Detail der 1.
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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeugmodell, ein System und ein Verfahren zur aerodynamischen Außenhautauslegung bzw. aerodynamischen Außenhautoptimierung eines Kraftfahrzeugs in einem Windkanal.
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1 zeigt stark schematisiert ein System 10 zur aerodynamischen Außenhautauslegung eines Kraftfahrzeugs in einem Windkanal 11, wobei das System 10 ein Fahrzeugmodell 12 aufweist.
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Das Fahrzeugmodell 12 verfügt über ein Basismodul 13, das eine für Varianten des hinsichtlich seiner Außenhaut auszulegenden Kraftfahrzeugs eine für die Varianten des Kraftfahrzeugs unveränderliche und statische Form aufweist.
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Ferner umfasst das Fahrzeugmodell 12 mindestens ein Ergänzungsmodul 14 für das Basismodul 13, das eine für die Varianten des hinsichtlich seiner Außenhaut auszulegenden Kraftfahrzeugs eine für die Varianten des Kraftfahrzeugs veränderliche oder dynamische Form aufweist.
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Bei dem in 1 gezeigten Beispiel eines Fahrzeugmodells 12 ist das Ergänzungsmodul 14 im Frontscheibenbereich des Basismoduls 13 angeordnet.
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Das Ergänzungsmodul 14 verfügt über eine Vielzahl von Halteelementen 15. Auf den Halteelementen 15 ist eine flexible Außenhaut 16 gespannt. Zur Veränderung der Form der flexiblen Außenhaut 16 des jeweiligen Ergänzungsmoduls 14 sind die Halteelemente 15 über mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator 17 und mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator 18 unter Veränderung der Form bzw. Kontur der flexiblen Außenhaut 16 verlagerbar.
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Dabei sind die Halteelemente 15 derart verlagerbar, dass die flexible Außenhaut 16 über den mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator 17 bezogen auf ihren jeweiligen Ist-Zustand bzw. ihre jeweilige Ist-Kontur einwölbbar oder starker einwölbbar und über den mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator 18 auf ihren jeweiligen Ist-Zustand bzw. ihre jeweilige Ist-Kontur auswölbbar oder starker auswölbbar ist.
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Die Halteelemente 15 sind über den mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator 17 demnach unter Einwölbung der flexiblen Außenhaut 16 einfahrbar bzw. stärker einfahrbar, wohingegen die Halteelemente 15 über den mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator 18 unter Auswölbung der flexiblen Außenhaut 16 ausfahrbar oder stärker ausfahrbar sind.
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Der mindestens eine ergänzungsmodul-externen Aktuator 17 ist auf einer Traverse 19 verlagerbar angeordnet. Dabei ist der mindestens eine ergänzungsmodul-externe Aktuator 17 im Sinne des Pfeils I entlang der Traverse 19 linear verlagerbar. Ferner ist der mindestens eine ergänzungsmodul-externe Aktuator 17 im Sinne des Pfeils II gegenüber der Traverse 19 anhebbar und absenkbar. Ferner kann gemäß dem Pfeil III die gesamte Traverse 19 zusammen mit dem mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator 17 relativ zum Fahrzeugmodell 12 angehoben und abgesenkt werden. Ferner kann die Traverse 19 quer zur Längsrichtung des Fahrzeugmodells 12 verlagert werden.
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Durch diese Verlagerung des mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuators 17 ist es möglich, den mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator 17 relativ zum jeweiligen Ergänzungsmodul 14 und damit zu den Halteelementen 15 des Ergänzungsmoduls 14 exakt auszurichten, um die Halteelemente 15 des jeweiligen Ergänzungsmoduls 14 individuell zu verlagern und so die gewünschte Kontur der Außenhaut 16 des jeweiligen Ergänzungsmoduls 14 gezielt auszubilden.
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Bei den Elementen 15, auf welchen die flexible Außenhaut 16 gespannt ist, handelt es sich demnach nicht um Aktuatoren, sondern lediglich um passive Halteelemente 15, die über den mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator 17 unter Einwölbung der flexiblen Außenhaut 16 einfahrbar oder stärker einfahrbar sind, und die über den mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator 18 unter Auswölbung der flexiblen Außenhaut 16 ausfahrbar oder stärker ausfahrbar sind.
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Bei dem mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator 17 handelt es sich vorzugsweise um einen mechanischen oder pneumatischen oder hydraulischen Aktuator, über den eine Kraft auf das jeweilige Ergänzungsmodul 14 zielgerichtet auf das jeweilige Halteelement 15 desselben aufgebracht werden kann. Bei dem mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator 18 handelt es sich vorzugsweise um einen druckmittelbetätigten Aktuator, über den vorzugsweise alle oder mehrere Halteelemente 15 des jeweiligen Ergänzungsmoduls 14 gemeinsam unter Auswölbung der Außenhaut 16 verlagerbar sind.
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Da es sich bei den Halteelementen 15, auf welchen die Außenhaut 16 gespannt ist, lediglich um passive Halteelemente und nicht um Aktuatoren handelt, können dieselben mit geringem Abstand zueinander ausgerichtet werden, sodass die Kontur bzw. Form der flexiblen Außenhaut 16 mit hohem Detaillierungsgrad geändert bzw. eingestellt werden kann.
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Das Ergänzungsmodul 14 verfügt zusätzlich zu den Halteelementen 15 über eine Arretierung 20, die mit den Halteelementen 15 zusammenwirkt, um die Halteelemente 15 in ihrer jeweiligen Position zu halten. Die Halteelemente 15 wirken dabei mit der Arretierung 20 insbesondere derart zusammen, dass die Halteelemente 15 über den jeweiligen Aktuator 17, 18 entgegen einer Arretierungskraft der Arretierung 20 aus ihrer jeweiligen Position heraus verlagert sind. Ferner wirken die Halteelemente 15 mit der Arretierung 20 derart zusammen, dass dieselben auch bei Ausführung von Messungen im Windkanal infolge der auf die flexible Außenhaut 16 wirkenden aerodynamischen Kräfte in ihrer jeweiligen Position gehalten werden.
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Die Arretierung 20 kann dabei als passive Arretierung oder auch als aktive Arretierung ausgeführt sein. Eine passive Arretierung kann zum Beispiel über einen Presssitz der Halteelemente 15 in die Arretierung 20 bereitstellenden Führungen ausgebildet sein. Eine aktive Arretierung kann zum Beispiel magnetisch oder elektrisch ansteuerbar sein.
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Das System 10 zur aerodynamischen Außenhautauslegung verfügt weiterhin über eine Steuerungseinrichtung 21. Die Steuerungseinrichtung 21 steuert einerseits den mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuator 17 und andererseits den mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuator 18 an. Gemäß 2 ist zur Ansteuerung des mindestens einen ergänzungsmodul-externen Aktuators 17 die Steuerungseinrichtung 21 mit demselben verbunden. Die Ansteuerung des mindestens einen ergänzungsmodul-internen Aktuators 18 kann zum Beispiel über einen Sender 22 drahtlos erfolgen, wobei der Sender 22 entsprechende Ansteuersignale an einen Empfänger 23 übermittelt, der im jeweiligen Ergänzungsmodul 14 integriert ist.
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Die Steuerungseinrichtung 21 steuert die Aktuatoren 17, 18 auf Basis eines in der Steuerungseinrichtung 21 hinterlegten Messplans vollautomatisch an und protokolliert hierbei die an der flexiblen Außenhaut 16 des jeweiligen Ergänzungsmoduls 17 eingestellte Form bzw. Kontur vollautomatisch. So können mit hoher Effizienz innerhalb kürzester Zeit vollautomatisch unterschiedliche Varianten eines Kraftfahrzeugs im Windkanal 11 überprüft werden, um die Außenhautauslegung im Windkanal 11 auszuführen.
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1 zeigt weiterhin eine Düse 24 und einen Kollektor 25 des Windkanals 11, die der Bereitstellung einer definierten Windströmung bzw. Luftströmung im Windkanal 11 dienen.
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Die Erfindung betrifft nicht nur das System 10 sowie das Fahrzeugmodell 12 zur aerodynamischen Außenhautauslegung eines Kraftfahrzeugs in einem Windkanal, sondern vielmehr auch ein Verfahren, um automatisch die aerodynamische Außenhautauslegung im Windkanal vorzunehmen. Hierzu werden die Aktuatoren 17, 18 über die Steuerungseinrichtung 21 automatisch angesteuert. Ferner erfolgt ein automatisches Protokollieren des Ansteuerns der Aktuatoren 17, 18 und damit der ausgebildeten Form des jeweiligen Ergänzungsmoduls. Abhängig hiervon werden Windkanalmessungen automatisch durchgeführt und protokolliert.
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Die Erfindung erlaubt eine hocheffiziente aerodynamische Außenhautauslegung des Kraftfahrzeugs in einem Windkanal, ohne die Notwendigkeit manueller Änderungen eines Clay-Maßstabsmodells sowie ohne die Notwendigkeit aufwendiger dreidimensionaler Scans.
